Физика/2. Физика твердого тела

К. ф.-м. н. Иванченко А. В., д. ф.-м. н. Тонкошкур А. С.

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара, Украина

ОСОБЕННОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕПОЛЯРИЗАЦИИ В КОМПОЗИТАХ ПОЛИПРОПИЛЕН-ДИОКСИД ВАНАДИЯ

Полимерные композиты с наполнителем на основе материалов с фазовым переходом металл-полупроводник представляются перспективными для создания новых электронных приборов радиоэлектронной аппаратуры. В частности, с их помощью можно реализовать защиту от токовых перегрузок и высоких температур, а также отключение питающих напряжений при низких температурах [1].

Важным при разработке таких композитов является изучение их макроструктуры и электрофизических свойств. Метод изотермической деполяризационной токовой спектроскопии известен как эффективное средство исследования структуры и электронных явлений в неоднородных материалах [2, 3], и его применение представляется перспективным для получения сведений о физических процессах в композитах с полупроводниковыми наполнителями.

В настоящем сообщении приведены и проанализированы результаты экспериментальных исследований кинетики токов изотермической деполяризации в композитах на основе полипропилена и наполнителя с фазовым переходом металл-полупроводник из диоксида ванадия.

Образцы изготовлены в соответствии с технологией описанной в [4]. Измерения плотности токов изотермической деполяризации производились по известной схеме [5] в термостате.

Установлено, что наблюдаемые деполяризационные токи имели полярность, противоположную полярности прикладываемого поляризующего электрического поля , что соответствует гетерозарядной модели деполяризации [6]. С ростом напряженности поляризующего электрического поля величина плотности тока разряда увеличивается. Влияние напряженности поляризующего электрического поля на кинетические зависимости токов изотермической деполяризации для полипропилена и композитов полипропилен – диоксид ванадия сходно, что может рассматриваться как свидетельство об одной и той же природе перезаряженных центров, которые принадлежат полипропилену.

При малых величинах поляризующего электрического поля для образцов с большей толщиной наблюдаются большие абсолютные величины деполяризационного тока. С увеличением напряженности электрического поля влияние толщины образца на ток нивелируется.

Обнаруженную зависимость абсолютных величин деполяризационного тока от толщины образца при малых поляризующих полях , можно рассматривать как свидетельство о приэлектродной локализации поляризационного заряда. Так, принимая во внимание, что с одной стороны, эффективная диэлектрическая проницаемость образца , где и ( и – электрическая постоянная и площадь электродов), для фиксированного момента времени и одинаковых пропорциональна плотности деполяризационного тока ( ). С другой стороны, она может быть связана с емкостью объема образца и поверхностной емкостью приэлектродных слоев (независящей от толщины образца) выражением . Если , то эффективная диэлектрическая проницаемость не зависима от толщины образца и соответствует диэлектрической проницаемости материала образца , а в противоположном случае, если величина растет с увеличением толщины образца, что и наблюдается в анализируемых экспериментах.

Таким образом, обнаруженное с увеличением напряженности поляризующего электрического поля уменьшение влияния толщины образца на его деполяризационный ток может быть связано с компенсирующим действием возникающего в этих условиях гомозаряда в дополнение к гетерозаряду, имеющему место при любых .

ЛИТЕРАТУРА:

1. Antonova K. V. Structure and properties of polymer composites based on vanadium dioxide / K. V. Antonova, V. R. Kolbunov, A. S. Tonkoshkur // Journal of Polymer Research. – 2014. – V. 21. – № 5. – P. 1-5.

2. Neagu E. R. A new method for analysis of isothermal discharging current / E. R. Neagu, R. M. Neagu // Thin Solid Films. – 2000. –V. 358. – № 1 – P. 283-291.

3. Brunson J. Hopping conductivity and charge transport in low density polyethylene. Utah State University: All Graduate Theses and Dissertations. – 2010. – 562 p.

4. Колбунов В. Р. Диэлектрическая спектроскопия композитов на основе пропилена и диоксида ванадия в радиочастотном диапазоне / В. Р. Колбунов, А. С. Тонкошкур, Е. В. Антонова, А. В. Вашерук // Нові технології. Науковий вісник КУЕІТУ. – 2014. – № 3-4 (45-46). – С. 21-28.

5. Kremer F. Broadband dielectric spectroscopy / F. Kremer, A. Schönhals (eds.) – Berlin Heidelberg New York: Schonhals Springer Verlag, 2003. – 729 p.

6. Khandetskyi V. S. Basic models of isothermal depolarization analysis for diagnostics of heterogeneous materials / V. S. Khandetskyi, Y. A. Tonkoshkur // Multidiscipline Modeling in Materials and Structures. – 2012. – V. 8. – № 1. – P. 105-119.